虚拟现实背后的技术支撑和瓶颈

作者:亚博APP发布时间:2021-03-11 00:00

本文摘要:创刊词:文中转载《科技导报》二零一六年第15期。全文创作者曹煊,是中国科学院自动化研究所博士生,英国佛罗里达大学ICT试验室VisitingRA,研究内容为人眼三维说明、光场的搜集和说明、推算出来监控摄像头、虚拟现实、增强现实技术。 在技术转型和资产能量的双向拓张下,虚拟现实(VirtualReality)技术在近些年发展趋势迅速,可行性分析超出了可商业化的的水平。

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创刊词:文中转载《科技导报》二零一六年第15期。全文创作者曹煊,是中国科学院自动化研究所博士生,英国佛罗里达大学ICT试验室VisitingRA,研究内容为人眼三维说明、光场的搜集和说明、推算出来监控摄像头、虚拟现实、增强现实技术。  在技术转型和资产能量的双向拓张下,虚拟现实(VirtualReality)技术在近些年发展趋势迅速,可行性分析超出了可商业化的的水平。

虚拟现实和三维影院全是根据双目视差搭建三维电子光学,但虚拟现实获得了三维影院所不具有的挪动视差并获得了抵触的沉醉于觉得。  目前虚拟现实技术仍应对着一系列技术难点,在其中失眠症与人眼睛疲劳特别是在明显,是虚拟现实的技术短板。文中从解读三维视觉感观刚开始,剖析了虚拟现实造成 失眠症与人眼睛疲劳的直接原因。另外得到了解决困难这一技术短板的回答动态性光场,并从光场搜集和说明两层面剖析了多种多样光场技术的优点和缺点。

  文中最终列举了增强现实技术(AugmentedReality)技术的三种搭建方式,并从人和人之间互动和通讯的视角比照了虚拟现实与增强现实技术在未来的发展趋向。  1、虚拟现实依然不会有  近些年,虚拟现实(VirtualReality,VR)技术发展趋势持续增长,商业化的、社会化和实用化的发展趋势日渐明显。殊不知,早在50很多年前,专家就早就明确指出了虚拟现实的技术构想。

英国电子计算机图象处理鼻祖IvanSutherland在1968年产品研发了第一个图型数据可视化的虚拟现实机器设备,但在那时候还不叫虚拟现实,只是称之为戴着说明或帽子说明(Head-MountedDisplay,HMD)。就技术方面来讲,目前的虚拟现实近视眼镜或是虚拟现实帽子仍可区别为HMD的范围。  二零一三年谷歌眼镜(GoogleGlass)投入市场,虚拟现实这一专业术语刚开始转到群众视线。但那时候的谷歌眼镜没双目立体式视觉,因此 称之为GoogleGlass而不是GoogleGlasses。

虽然谷歌眼镜的总体说明实际效果高过同一阶段的手机上和电脑上,但其精美的电子光学方法引起了大家的非常大瞩目。这身后表明了大家针对早就沿用了二十多年的传统式平面图动态显示的视觉的审美疲劳和对精美动态显示的抵触期待。

  整体而言,目前虚拟现实有三大鲜明特点(全称之为3I):  沉醉于觉得(Immersion)  易用性(Interaction)  构想性(Imagination)  视觉是人们最敏感,捕获数据量仅次的感应器。VR近视眼镜隔绝了人的眼睛对接外界视觉信息内容的地下隧道,取代它的的是虚幻世界的视觉內容。当人的眼睛遭受来源于VR近视眼镜的视觉性兴奋时,人的大脑不容易全自动绘图出有虚幻世界的自然环境,进而让人沉醉于在了一个全新升级的自然环境中。

  相比于传统式的动态显示,易用性并并不是VR所独有的。电视机能够运用控制器互动,电脑上能够运用鼠标和键盘来輸出。现阶段虚拟现实还没有统一的外部设备,交互技术能够依据虚幻世界情景来设定,具有协调能力和多元性。比如在兵士学习培训中,VR交互技术能够是一把枪;在模拟仿真手术中,交互技术能够是手术刀片。

  大家运用VR能够以第一人称角度去探索不知道的的自然环境,还包含一些人们没法到达的自然环境,比如海底、外星球;乃至还包含一些人们没法到达的或抽象概念的自然环境,比如体细胞、超级黑洞、一个数学分析模型。VR技术给了大家一个能够去畅游在一切自然环境中的机遇。在那样一个不曾到达的自然环境中,人们的视线和想像力得到 了非常大的拓宽。  即然虚拟现实早就不会有,但为何直到如今才越来越激烈呢?一方面是由于虚拟现实做为一种全新升级的动态显示,恰好合乎了大家针对数据可视化转型的期待。

另一方面也是由于技术转型和资产能量的协同驱动器。  2、VR身后的烘托  在这以前,规模性普及化虚拟现实还仅仅一个妈妈的微笑,由于遭受推算出来特性、工业生产一体化、数据可视化技术发展趋势的允许。而近十年来,涉及到的技术得到 了持续增长的发展趋势,为VR的商业化的和实用化奠下了技术基本。

此外,有一股不容忽视的能量在拓张VR加速发展趋势,那便是金融资本。  (1)VR身后的技术转型  说明技术的发展趋势能够区别为4个环节:平面图3D斜面2.5D戴着说明三维人眼全息投影。  人们生存的全球是三维的,但自打数码相机和显示屏面世至今,依然以二维平面图的方法来纪录和说明这一三维世界,它是一种特征提取后的展示出方法。

从初期的阴极射线显示屏(CRT)到轻便的液晶显示屏(LCD),从黑与白说明到彩色显示,每一次技术转型都没提升说明维度的允许。全球的专家都会期待试着超过这一窘境,妄图转变成一个实际的三维全球。  在虚拟现实技术经常会出现在群众视线以前,有此外二种提升二维说明的技术经常会出现在了市场的需求,还包含斜面2.5D说明和人眼三维说明,但这二种技术都没能获得顾客的欢心。

  斜面2.5D说明技术并没带来数据可视化在维度上的提升,大家并没法从该显示屏中感观到第三维度的信息内容(视觉深层觉得)。  人眼三维说明技术为收看者带来了视觉深层觉得,但现阶段的人眼三维说明技术还不会有许多 的技术难点仍待提升,还包含屏幕分辨率损害相当严重、欣赏角度窄小、临接聚焦点最后的冲刺等。

在可意识到的将来,人眼三维技术还没法超出令其顾客心寒的实际效果。  因而,所述二种强力二维说明技术都没能调合技术可行性分析和销售市场期待中间的对立面。

在那样的局势下,虚拟现实应时而生,它是技术可行性分析和销售市场期待的折中物质。  (2)VR身后的资产能量  除开涉及到技术的转型和发展趋势,资产能量的拓张也是VR迅猛发展的另一最重要要素。假如说二零一三年谷歌眼镜的开售是领域商人偷看戴着说明巨大藏宝的一隅,那麼二零一四年Facebook斥资20亿美元企业并购Oculus便是巨大资产锁住虚拟现实潘多拉魔盒的刚开始(录:Oculus是一家专心致志于虚拟现实技术的企业)。

  伴随着资产的转到,更强的科学研究能量、工程项目技术及其三维內容产品研发都竞相转到了该行业。二零一六年称之为虚拟现实年间,HTC、Facebook、Sony等国际性大佬,及其中国的一部分虚拟现实企业都将自身的VR商品月推上去了销售市场。在那样的国际性布局下,中国的一部分资产也刚开始恐怖看向虚拟现实行业。

  3、为何能感观到三维  大家日常生活的全球是一个四维空间,还包含水准维度、横着维度、二翼维度和時间维度。比如在图书馆寻找一本书务必告知书本正处在第几排、第几行的书柜,及其正处在书柜的第几层。而且还务必告知这本书否早就租赁,何时不容易经常会出现在此书架。  根据视觉认真观察物理学世界时间具有交互性,一般假定光源从自然环境中接到到人的眼睛对接的時间为零,因而无须充分考虑時间维度,用前三个维度来描述所认真观察的全球。

比如紧抱拿水杯时,视觉系统软件不容易帮助大家鉴别水杯正处在手的左侧還是右侧,上面還是下面,前边還是后边。  在一个平面图上能够很更非常容易地感观到水准维度和横着维度,但怎样感观到第三维度视觉深层呢?  大家都知道,双目视差是获得视觉深层的有效途径,但视觉深层某种意义由双目劣来体现,单眼也可以感观到深层。深层信息内容(depthcues)有很多种多样[1],关键还包含下列信息内容。

  1)双目视差(binocularparallax),也称之为上下视差或双目汇聚。所认真观察的物件越近的,视差越大(图1),眼睛汇聚视角越大(图2);所认真观察的物件越大,视差就越小,眼睛汇聚视角就越小。必不可少依靠双目协调工作才可以感观到双目视差。

    (图1双目视差)    (图2双目汇聚)  2)挪动视差(motionparallax),当认真观察聚焦点变化后,近远各有不同的物件在人眼里造成的偏位不容易各有不同,如图所示3下图。历经完全一致的聚焦点变化,远方的物件在人眼里造成的偏位更为小,离近的物件在人眼里造成的偏位更高。双目和单眼都能够感观到挪动视差。


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